JP2009014746A - 発光制御装置およびそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エリア制御を簡易な処理で行えるようにした発光制御装置およびそれを備えた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】発光制御装置は、複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて液晶パネルを照明する発光手段について、複数の光源の発光を制御する。発光制御装置は、複数の光源の初期制御値を設定し、設定された初期制御値を用いて、液晶パネルを照明するための照明値を複数の光源からの出射光の広がり特性に基づき光源領域ごとに算出し、画面領域ごとの最大表示値よりも各画面領域に対応する光源領域の照明値が小さいときに、その差分値に基づいて、複数の光源の発光強度を上げるための加算値を決定し、決定された加算値に応じて初期制御値を補正して光源をそれぞれ発光させるための光源制御値を決める。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル等を照明するバックライト等発光手段の発光を制御する発光制御装置およびそれを備えた液晶表示装置に関する。

現在、テレビ、パーソナルコンピュータ、携帯電話機などでは画像表示手段として液晶表示装置が用いられている。液晶表示装置は液晶パネル自体が発光しないため、液晶パネルの背面側にバックライトを配置し、そのバックライトで液晶パネルを背面側から照明して画像を表示するようになっている。

バックライトを備えた従来の液晶表示装置において、バックライトを構成する各光源と表示画面とを対応させて複数の領域に分割し、表示画面の領域（画面領域）ごとに各光源を制御するエリア制御を行う液晶表示装置が知られている。

この種の液晶表示装置に関して、例えば特許文献１には次のような液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置は、各画面領域に対応していない光源のその画面領域に対する影響を含めて検出した表示輝度に基づき各光源の発光輝度を算出し、各光源の発光輝度と表示画面の各部における最適な表示輝度とのずれ量に基づき、表示部の各画素に対する補正量を算出するようになっている。
特開２００７−３４２５１号公報

ところで、光源からの出射光は周囲に広がっていくため、液晶表示装置でエリア制御を行う場合、各画面領域に対応している光源（真後ろに配置される光源）とともにその周囲に配置され光源もその画面領域の表示輝度に寄与する。

そのため、前述した従来の液晶表示装置では、各光源の発光輝度が画面領域の表示輝度にどの程度影響を与えるのかを予め測定しておき、その測定値（輝度寄与率）をメモリに記憶している。

しかし、前述した従来の液晶表示装置では、各光源の発光率を求めるのに、メモリに記憶される輝度寄与率を係数に設定した複雑な多元連立方程式を解かねばならなかった。

また、液晶パネルに表示される画像の中には明るい箇所もあればそうでない箇所があり、このような明暗の分布は液晶パネルに表示される画像が変われば変わりえる。したがって、前述した従来の液晶表示装置を用いて映像（動画像）を表示するときは前述した多元連立方程式を解く計算処理を画像フレームが変わるごとに繰り返さなくてはならず、しかもその計算を短時間で行わねばならなかった。

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、エリア制御を簡易な処理で行えるようにした発光制御装置およびそれを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて液晶パネルを照明する発光手段について、複数の光源の発光を制御する発光制御装置であって、複数の光源の初期制御値を設定する初期値設定手段と、その初期値設定手段により設定された初期制御値を用いて、液晶パネルを照明するための照明値を複数の光源からの出射光の広がり特性に基づき光源領域ごとに算出する照明値算出手段と、液晶パネルの画面領域ごとの最大表示値よりも各画面領域に対応する光源領域の照明値が小さいときに、最大表示値と照明値との差分値に基づいて、複数の光源の発光強度を上げるための加算値を決定する加算値決定手段と、その加算値決定手段により決定された加算値に応じて初期制御値を補正して光源をそれぞれ発光させるための光源制御値を決定する制御値決定手段とを有する発光制御装置を特徴とする。

また、本発明は、液晶パネルと、複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて液晶パネルを照明する発光手段と、複数の光源の発光を制御する発光制御手段とを有する液晶表示装置であって、発光制御手段は、複数の光源の初期制御値を設定する初期値設定手段と、その初期値設定手段により設定された初期制御値を用いて、液晶パネルを照明するための照明値を複数の光源からの出射光の広がり特性に基づき光源領域ごとに算出する照明値算出手段と、液晶パネルの画面領域ごとの最大表示値よりも各画面領域に対応する光源領域の照明値が小さいときに、最大表示値と照明値との差分値に基づいて、複数の光源の発光強度を上げるための加算値を決定する加算値決定手段と、その加算値決定手段により決定された加算値に応じて初期制御値を補正して光源をそれぞれ発光させるための光源制御値を決定する制御値決定手段とを有する液晶表示装置を提供する。

以上詳述したように、本発明によれば、エリア制御を簡易な処理で行えるようにした発光制御装置およびそれを備えた液晶表示装置が得られる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１，２を参照して本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１００の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図、図２は光源領域および光源の構成を示す斜視図である。

液晶表示装置１００は液晶テレビ等に用いられ、図１に示すように、バックライト１１０と、液晶パネル１１１とを有している。

バックライト１１０は、発光部（発光手段）１０１と、発光部１０１の前面に配置されたプリズムシート１０３を挟む一対の拡散板１０２，１０４とを有している。

発光部１０１は、パネル形状を有しており、複数の光源領域１０９がｍ行ｎ列の縦横規則的に配置されたマトリクス構造を有している。なお、図１では、一例として５行８列の光源領域１０９を備えた発光部１０１を示している。

光源領域１０９は、図２に示すように、拡散板１０２等との重なり方向に延びる隔壁１２４によって四方を囲まれている。

また、各光源領域１０９には、ＲＧＢ三原色の３個のＬＥＤ１２１，１２２，１２３からなる光源１０８が配置されている。光源１０８は、赤色ＬＥＤ１２１、緑色ＬＥＤ１２２及び青色のＬＥＤ１２３によって構成され、赤緑青の３色を混ぜながら前面（液晶パネル１１１）に向けて光を出射する。各光源領域１０９からの出射光によって液晶パネル１１１の背面側が照明され、出射光の液晶パネル１１１の透過を調製して画像が表示される。

そして、液晶表示装置１００は各光源領域１０９に配置されている複数の光源１０８によってバックライト１１０が全面発光して、液晶パネル１１１に背面から光を照明する直下型方式になっている。

液晶パネル１１１は一対の偏光板１０５，１０７と、その偏光板１０５，１０７の間に挟まれた液晶１０６とを有している。なお、本実施の形態において、液晶パネル１１１は、図３に示すように各光源領域１０９に対応した領域を画面領域１１２としている。

次に、図４を参照してバックライト制御部２００の構成について説明する。ここで、図４はバックライト制御部２００の構成をバックライト１１０および液晶パネル１１１とともに示すブロック図である。

バックライト制御部２００はバックライト１１０、液晶パネル１１１および後述する表示値補正部２０６とともに液晶表示装置１００に備えられている。

バックライト制御部２００は最大値検出部２０１と、初期制御値設定部２０２と、照明値算出部２０３と、比較部２０４および光源制御値決定部２０５とを有している。これらの各部の詳しい機能については以下に述べる動作内容で説明する。

なお、表示値補正部２０６は液晶パネル１１１における画像表示に用いられる画像表示信号ｇ１を光源制御値決定部２０５からの後述する光源制御値にしたがい補正して出力する。

そして、バックライト制御部２００は、液晶パネル１１１に画像を表示させるための画像表示信号ｇ１を入力し、画像表示信号ｇ１にしたがい次のようにして光源制御値を決めてバックライト１１０の発光を制御する。

まず、最大値検出部２０１が画像表示信号ｇ１にしたがい各画面領域１１２ついて、その画面領域１１２内で最も明るく発光する箇所を抽出し、その抽出した箇所に応じた表示を行うための制御値（最大表示値）Ｓ［ｍ，ｎ］を設定する。設定された最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］は初期制御値設定部２０２と比較部２０４に出力される。

ここで、ｍは画面領域１１２（対応する光源領域１０９）の行数を示し１からＭの間の正の整数、ｎは画面領域１１２（対応する光源領域１０９）の列数を示し１からＮの間の正の整数に設定される。Ｍは行数の最大値、Ｎは列数の最大値である。

次に、初期制御値設定部２０２は最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］を用いて各画面領域１１２に対応し、制御の対象としている光源領域（対象光源領域）１０９についての初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］を設定する。初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］は光源１０８をどの程度発光させるかを示すもので、０以上１以下の値を示す。

また、初期制御値設定部２０２は、次のようにして、対象光源領域１０９の周辺に配置されている光源領域１０９の初期制御値を設定する。

この場合、初期制御値設定部２０２は、隔壁１２４での光の反射を考慮するため、対象光源領域１０９の制御値Ｌ［ｍ，ｎ］に反射率Ｒ（Ｒ≦１）をかけた制御値Ｌ１［ｍ，ｎ］を求め、その求めた制御値Ｌ１［ｍ，ｎ］を、対象光源領域１０９の周辺に配置されている光源領域１０９の初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］に設定する。

この場合、初期制御値設定部２０２は、後述するProf_filterが３行３列で規定されている場合は１行１列の範囲、Prof_filterが５行５列で規定されている場合は２行２列の範囲に設定する。

続いて、照明値算出部２０３が照明値算出手段としての動作を行い、２次元のＦＩＲフィルタProf_filterを用いて、初期制御値設定部２０２で設定された制御値Ｌ［ｍ，ｎ］から照明値Ａ［ｍ，ｎ］を求める。この照明値Ａ［ｍ，ｎ］は光源領域１０９の光源１０８を発光させて画面領域１１２を照明するときのパラメータである。

ここで、Prof_filterは、光源１０８からの出射光についての広がり特性に基づき予め係数が決定されている。光源１０８からの出射光は例えば図６に示すように中心から周辺に向かって徐々に強さが低くはなるが、周辺にも到達する広がり特性を備えている。

そのため、光源１０８からの出射光は、その光源１０８の光源領域１０９に対応している画面領域１１２だけでなく、周辺に位置する画面領域１１２にも到達する。例えば、図３に示す２行４列の光源領域１０９ａに配置されている光源１０８からの出射光は、光源領域１０９ａに対応する（真正面に配置されている）画面領域１１２ａだけでなく、その周辺の画面領域１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄなどにも到達し、出射光は周辺の画面領域にも漏れてしまい、各光源１０８からの出射光は相互に影響しあう。そのため、周辺からの出射光を加味して制御値を決める必要がある。

このような出射光の広がり特性はバックライト１１０ごとに固有のものであることから、本実施の形態では予め各光源１０８の広がり特性を求めておき、これを反映させて照明値を算出するため、式１にしたがって照明値Ａ［ｍ，ｎ］を求めている。
式１：Ａ［ｍ，ｎ］＝prof_filter(Ｌ［ｍ，ｎ］)

式１により求めた照明値Ａ［ｍ，ｎ］は、対象光源領域１０９の光源１０８の出射光だけでなく、その周辺に配置されている光源１０８の出射光をも加味したものとなっている。

そして、比較部２０４により、照明値Ａ［ｍ，ｎ］と、各エリアの最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］とを比較する。

また、光源制御値決定部２０５が比較部２０４における比較結果にしたがい式２に沿って各光源１０８の光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］を決定する。

この場合、最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］が照明値Ａ［ｍ，ｎ］よりも大きい場合、すなわち、最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］よりも照明値Ａ［ｍ，ｎ］が小さく、最も明るい箇所を表示するのに必要な明るさが不足するときは、光源制御値決定部２０５が加算値決定手段としての動作を行い、最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］と照明値Ａ［ｍ，ｎ］との差分値を求め、その求めた差分値に特定の倍率（誤差のフィードバックゲイン）α（α≧１）を乗じて加算値Ｃ［ｍ，ｎ］を決定する。この加算値Ｃ［ｍ，ｎ］は明るさの不足分に基づいて各光源１０８の発光量を増やすためのパラメータである。

そして、光源制御値決定部２０５は、制御値決定手段としての動作を行い、加算値Ｃ［ｍ，ｎ］に応じて初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］を補正して、各光源１０８を発光させるための光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］を決定する。

この光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］は初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］よりも加算値Ｃ［ｍ，ｎ］にしたがい値が大きくなっているので、光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］にしたがって光源１０８を発光させることにより、光源１０８の発光量を増やすことができる。

また、最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］が照明値Ａ［ｍ，ｎ］よりも小さい場合、この場合は最も明るい箇所を表示し得るだけの明るさが確保されるので、初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］をそのまま光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］とする。なお、ｍａｘ（Ｘ、Ｙ）はＸ、Ｙのうち、いずれか大きい方を選ぶことを意味している。
式２：Ｂ［ｍ，ｎ］＝Ｌ［ｍ，ｎ］+α・ｍａｘ（Ｓ［ｍ，ｎ］−Ａ［ｍ，ｎ］，０）

光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］は、特定の倍率αを乗じたことにともない、各光源１０８の制御値の上限（“１”）を超える可能性がある。そのため、光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］を上限（“１”）でクリップする。こうすることにより、光源１０８からの出射光の広がり特性を考慮した各光源１０８の最終的な制御値が得られる。

以上のようにして、各光源領域１０９について制御値を求めることにより、バックライト１１０の発光を制御することができる。バックライト制御部２００は従来の液晶表示装置のように多元連立方程式を解かなくても、前述のような演算処理によって各光源領域１０９の光源１０８を発光させるための制御値を求めることができるから、より現実的なものであり、その求めた制御値にしたがって各光源１０８を発光させることができる。

そのため、バックライト制御部２００では、簡易な演算処理でエリア制御を行えるようになっており、そのようなエリア制御によって表示する画像への悪影響もなく、画像表示に必要な明るさの分だけ光源１０８を発光させるから、バックライト１１０の消費電力を低減することができる。

そして、バックライト制御部２００は、制御値の精度を向上するため、以下の手順にしたがって制御値を決定することができる。

まず、前述のようにして求めた光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］のうち、上限“１”を超えた超過値について、光源制御値決定部２０５が後述するshare_filterを用い、対象光源領域１０９の周辺に配置されている光源１０８の制御値に加算するための補充用加算値Ｄ［ｍ，ｎ］を式３にしたがって求める。

光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］に上限“１”を超えた超過値があるときは、その光源の照明値が飽和状態にあり、もはやその光源だけでは、画像表示信号ｇ１に応じた画像を表示するのに必要な明るさを確保できないことを意味している。

その確保できない明るさは、対象光源領域１０９の周辺に配置されている光源からの出射光で補う必要があり、その補う出射光を算出するためのフィルタ、すなわち、飽和した光源に代わって周辺の光源を発光させるための制御値を決めるフィルタがshare_filterであり、share_filterにしたがって求める加算値が補充用加算値Ｄ［ｍ，ｎ］である。

このshare_filterも、前述のprof_filterと同様にバックライト１１０ごとに固有のものであることから、本実施の形態では予め求めた広がり特性にしたがって設定されている。
式３：Ｄ［ｍ，ｎ］＝share_filter（ｍａｘ（Ｂ［ｍ，ｎ］−１，０））

そして、光源制御値決定部２０５が加算手段としての動作を行い補充用加算値Ｄ［ｍ，ｎ］に特定の倍率（光源が飽和したときに周辺に出射光への負担を分配する際のゲイン）β（β≧１）を乗じた値を加算して光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］を補正し、その上で上限“１”でクリップする。そうすると、式４に示すように、光源の光の広がり特性を考慮して補正した光源の制御値が得られる。なお、ｍｉｎ（Ｘ，Ｙ）はＸ，Ｙのうち、小さいほうを選ぶことを意味している。
式４：Ｌ［ｍ，ｎ］＝ｍｉｎ（Ｂ［ｍ，ｎ］＋β・Ｄ［ｍ，ｎ］，１）

さらに、バックライト制御部２００は、制御値の精度を向上するため、図５に示すフローチャートに沿って、制御値を補正する一連の処理を繰り返し行うことも可能である。

まず、バックライト制御部２００は、Ｓ１でカウンタｋに“０”をセットし、前述の最大表示値Ｓ［ｍ，ｎ］を初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］に設定する。

次に、Ｓ２に動作が進み、前述のようにして、制御値Ｌ１［ｍ，ｎ］を求め、その求めた制御値Ｌ１［ｍ，ｎ］を対象光源領域１０９の周辺に配置されている光源領域１０９の初期制御値Ｌ［ｍ，ｎ］に設定する。

続いて、Ｓ２３に動作が進み、前述のようにして、照明値Ａ［ｍ，ｎ］、光源制御値Ｂ［ｍ，ｎ］、補充用加算値Ｄ［ｍ，ｎ］を求め、式４にしたがい補正した制御値Ｌ［ｍ，ｎ］を求めてＳ４に動作が進む。

ここで、カウンタｋを計算回数の設定値Ｋｍと比較し、カウンタｋが設定値Ｋｍを越えたら算出処理を終了するが、超えていないときはＳ５に進んでカウンタｋに“１”を加算してＳ２に戻り、処理を繰り返す。こうすると、繰り返し制御値を求めることになって制御値を理想的な値に近づけることができるから、制御値の精度を上げることができる。この場合、前述の倍率α、βを高めに設定して繰り返す回数が１回ですむようにすることもできるし、αやβを低めに設定して繰り返す回数を複数にすることもできる。

以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図である。 発光領域の構成を示す斜視図である。 発光部と液晶パネルとをそれぞれの光源領域と画面領域との対応関係を明示して示す斜視図である。 バックライト制御部の構成をバックライト、液晶パネルおよび表示値補正部とともに示すブロック図である。 制御値の決定処理手順の一例を示すフローチャートである。 光源からの出射光の広がり特性を模式的に示した図である。

符号の説明

１００…液晶表示装置、１０１…発光部、１０８…光源、１０９…発光領域、１１０…バックライト、１１１…液晶パネル、１１２…画面領域、２００…バックライト制御部、２０１…最大値検出部、２０２…初期制御値設定部、２０３…照明値算出部、２０４…比較部、２０５…光源制御値決定部、２０６…表示値補正部。

Claims (5)

1. 複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて液晶パネルを照明する発光手段について、前記複数の光源の発光を制御する発光制御装置であって、
   前記複数の光源の初期制御値を設定する初期値設定手段と、
   該初期値設定手段により設定された前記初期制御値を用いて、前記液晶パネルを照明するための照明値を前記複数の光源からの出射光の広がり特性に基づき前記光源領域ごとに算出する照明値算出手段と、
   前記液晶パネルの画面領域ごとの最大表示値よりも各前記画面領域に対応する前記光源領域の前記照明値が小さいときに、前記最大表示値と前記照明値との差分値に基づいて、前記複数の光源の発光強度を上げるための加算値を決定する加算値決定手段と、
   該加算値決定手段により決定された前記加算値に応じて前記初期制御値を補正して前記光源をそれぞれ発光させるための光源制御値を決定する制御値決定手段とを有することを特徴とする発光制御装置。
2. 前記制御値決定手段により決定された前記光源制御値が、該光源制御値に対応する対応光源の上限制御値を超えたときに、前記光源制御値のうちの前記上限制御値を超える超過値を前記対応光源の周辺に配置される周辺光源の前記光源制御値に加算する加算手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の発光制御装置。
3. 前記照明値算出手段は、前記出射光の広がり特性を示すＦＩＲフィルタを用いて前記照明値を算出することを特徴とする請求項１または２記載の発光制御装置。
4. 液晶パネルと、複数の光源領域にそれぞれ光源が配置され、その複数の光源を用いて前記液晶パネルを照明する発光手段と、前記複数の光源の発光を制御する発光制御手段とを有する液晶表示装置であって、
   前記発光制御手段は、前記複数の光源の初期制御値を設定する初期値設定手段と、
   該初期値設定手段により設定された前記初期制御値を用いて、前記液晶パネルを照明するための照明値を前記複数の光源からの出射光の広がり特性に基づき前記光源領域ごとに算出する照明値算出手段と、
   前記液晶パネルの画面領域ごとの最大表示値よりも各前記画面領域に対応する前記光源領域の前記照明値が小さいときに、前記最大表示値と前記照明値との差分値に基づいて、前記複数の光源の発光強度を上げるための加算値を決定する加算値決定手段と、
   該加算値決定手段により決定された前記加算値に応じて前記初期制御値を補正して前記光源をそれぞれ発光させるための光源制御値を決定する制御値決定手段とを有することを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記制御値決定手段により決定された前記光源制御値にしたがい、前記液晶パネルに画像を表示するための画像表示信号を補正する補正手段を更に有することを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。

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